chương 3 hợp kim giản đồ pha

Trạng thái không cân bằng (không ổn định) : trong điều kiện P, T hoặc thành phần thay đổi  cấu trúc, tính chất của hệ sẽ chuyển sang trạng thái cân bằng mới.. Trạng thái giả ổn định :[r]

Chương 3: HỢP KIM & GIẢN ĐỒ PHA

3.1 Cấu trúc tinh thể của hợp kim

Hợp kim là gì?

 là vật thể gồm nhiều nguyên tố và mang tính kim loại

Nhiều nguyên tố: nguyên tố chính là kim loại, các nguyên tố còn

lại có thể là kim loại hoặc phi kim

Mang tính kim loại: tính dẫn điện, dẫn nhiệt, tính dẻo, dễ biến dạng

và có anh kim

Thành phần nguyên tố tính trong hợp kim

- Thành phần về phần trăm khối lượng (thường dùng)

- Thành phần về phần trăm nguyên tử

Một số chi tiết làm từ hợp kim

Vì sao phải nghiên cứu về hợp kim?

 Vì nó có một số ưu việt về gia công, tính kinh tế hơn so

Một số khái niệm:

Cấu tử : là các nguyên tố (hoặc hợp chất hoá học bền vững)

Hệ : dùng để chỉ một tập hợp các vật thể riêng biệt của HK

trong điều kiện xác định

Pha : là phần đồng nhất của hệ có cùng cấu trúc và các tính chất cơ-lý-hoá tính xác định

Trạng thái cân bằng ổn định : trong điều kiện P, T và thành

phần xác định  cấu trúc, tính chất của hệ không phụ thuộc thời gian

Trạng thái không cân bằng (không ổn định) : trong điều kiện P,

T hoặc thành phần thay đổi  cấu trúc, tính chất của hệ sẽ chuyển sang trạng thái cân bằng mới

Trạng thái giả ổn định : trong điều kiện P, T và thành phần xác định, hệ có thể tồn tại ở trạng thái năng lượng cao hơn ttcb ổn định

Hợp kim Al-Cu với hai pha  và 

Giữa các pha luôn có bề mặt phân cách

Pha  Pha 

Các loại tương tác trong hợp kim

Không có tương tác

 Các cấu tử không hoà tan, tương tác vào nhau  thể hiện trên các vùng với màu sắc khác nhau trên ảnh tổ chức tế vi

Có tương tác

- Hoà tan vào nhau tạo dung dịch rắn (giữ nguyên kiểu mạng của nền)

- Phản ứng hoá học tạo hợp chất mới với kiểu mạng khác

Điều kiện thay thế (hoà tan) vô hạn

- tương quan về kiểu mạng

- tương quan về kích thước

- tương quan về nồng độ điện tử

- tương quan về tính âm điện

Dụng dịch rắn xen kẽ

Nguyên tử xen kẽ

 các nguyên tử của nguyên tố hoà tan phải có kích thước nhỏ để nằm lọt trong các lỗ hổng của dung môi

Các đặc tính của dung dịch rắn

- Kiểu mạng tinh thế đơn gian: A1, A2….

- Tăng độ cứng, độ bền, tính chống mài mòn rõ rệt so với kim loại nguyên chất

- Tăng khả năng chống ăn mòn điện hoá cho vật liệu

Pha trung gian Thế nào là pha trung gian?

 là các hợp chất hoá học có trong hợp kim

Đặc điểm:

- Có kiểu mạng tinh thể phức tạp, khác hẳn với các nguyên tố thành phần

- Có thể biểu diễn bằng công thức xác định A m B n

- Tính chất khác hẳn so với các nguyên tố thành phần (do kiểu mạng tinh thể khác nhau)

- Có nhiệt độ nóng chảy xác định, toả nhiệt khi được tạo thành

Một số pha trung gian: xen kẽ, điện tử và Laves  tài liệu tham khảo

3.2 Giản đồ pha hai cấu tử

Giản đồ pha loại 1

Lỏng (L)

L+B A+L

Giản đồ pha loại 2

Giản đồ pha loại 2 (tiếp theo)

Giản đồ pha loại 3

Giản đồ pha loại 3 (tiếp theo)

Giản đồ pha loại 3 (tiếp theo)

Hợp kim X

Giản đồ pha loại 3 (tiếp theo)

Hợp kim X3

Giản đồ pha loại 4

 Là giản đồ pha hai cấu tử có tương tác hoá học tạo ra pha trung gian A m B n

Một số phản ứng trong giản đồ pha

hoà tan có giới hạn

trong dung môi

*

*

*

*

Quan hệ giữa GĐP – Tính chất hợp kim

Tính chất các pha thành phần

Tính chất hỗn hợp các pha

Quan hệ giữa GĐP -Tính chất

3.3 Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe3C)

Tương tác giữa Fe và C

- Sự hoà tan của C vào Fe: dạng dung dịch rắn xen kẽ

- Fe(A2): hoà tan rất ít (0,02%C)

- Fe (A1): hoà tan nhiều (2,14%C)

- Fe(A2): hoà tan ít (0,1%C)

- Tương tác hoá học giữa Fe và C  Fe 3 C

Giản đồ pha Fe-C (Fe-Fe3C)

 +P

Các chuyển biến khi nguội chậm

Chuyển biến bao tinh: tại 1493 0 với các hợp kim có 0,1-0,5%C

Chuyển biến cùng tinh

Các tổ chức một pha trên GĐP Fe-Fe3C

- Xe I : sinh ra từ Lỏng Dạng thẳng, thô tô trong tổ chức

- Xe II : sinh ra từ Fe do giảm nồng độ C trong  Có thể tạo lưới bao quanh biên hạt  giảm dẻo dai của hợp kim

- Xe III : sinh ra từ Fedo giảm nồng độ C trong 

Graphit (C )

Các tổ chức hai pha trên GĐP Fe-Fe3C

Phân loại thép-gang

Thép:  là hợp kim của Fe-C với hàm lượng C < 2,14%

- Khi nung nóng không đạt tổ chức một pha duy nhất Austenit 

không thể biến dạng nguội, nóng

- Có khả năng điền đầy khuôn tốt  tính đúc cao

- Tính dẻo của gang kém

Phân loại thép-gang theo GĐP